(57)【要約】【課題】いわゆる隠れ端末の問題を回避しつつも各端末にデータパケットの送信機会を保証する。【解決手段】通信装置は、基本周期内のデータパケットの送信禁止期間を設定する送信禁止期間設定部１５と、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できるかを判定する送信タイミング制御部１８と、データパケットを送信できないと判定された場合はキャリアが検出されてないときにデータパケットを周期的に送信する送信回路１９と、を備えている。【選択図】図１
2010050882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本周期内のデータパケットの送信禁止期間を設定する送信禁止期間設定手段と、
基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できるかを判定する送信判定手段と、
現在のタイミングが送信禁止期間であるかを判定する送信禁止期間判定手段と、
現在のタイミングでキャリアが検出されたかを判定するキャリア検出判定手段と、
前記送信判定手段によりデータパケットを送信できると判定された場合は、前記送信禁止期間判定手段及び前記キャリア検出判定手段でそれぞれ所定の判定結果が得られたときに、または、前記送信判定手段によりデータパケットを送信できないと判定された場合は、前記キャリア検出判定手段で所定の判定結果が得られたときに、データパケットを周期的に送信するデータパケット送信手段と、
を備えた通信装置。
【請求項２】
前記送信判定手段は、前記基本周期に対する送信禁止期間又は送信期間以外の時間の割合と、所定の閾値と、の比較結果に基づいて、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できるかを判定する
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記送信判定手段は、データパケットに対する他端末からの返信パケットが基本周期内で受信された受信回数に基づいて、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できるかを判定する
請求項１に記載の通信装置。
【請求項４】
前記データパケット送信手段は、前記送信判定手段によりデータパケットを送信できないと判定された場合は、前記送信禁止期間判定手段により現在のタイミングが送信禁止期間でないと判定され、かつ、前記キャリア検出判定手段により現在のタイミングでキャリアが検出されていないと判定されたときに、データパケットを送信する
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項５】
前記データパケット送信手段は、前記送信判定手段によりデータパケットを送信できると判定された場合は、前記キャリア検出手段により現在のタイミングでキャリアが検出されていないと判定されたときに、データパケットを送信する
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基地局等の制御局なしに、個々の無線端末装置が周辺の無線端末装置に対して、同報通信（ブロードキャスト）することにより、情報を伝える無線システムが提案されている。このような通信形態を実現する一例として、無線ＬＡＮで用いられている通信方式の１つであるＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式では、データを送信したい端末（ノード）は、他の端末のパケット通信状況を監視し（キャリアセンス）、チャネルが空いているタイミングで送信を開始する。
【０００３】
このような無線システムでは、例えば端末Ａは、自身の周辺の電波が届く範囲内に存在する端末の通信状況をキャリアセンスにより監視する。
【０００４】
そのため、周辺に他の端末が多数存在する場合、自身のデータを送信するタイミングが得られず、データの送信が大きく遅延する場合がある。このため、端末数や通信トラフィックが増加した場合に信頼性を保証できない問題がある。
【０００５】
更に、電波が届く範囲外の直接キャリアセンスができない場所に他の端末が多数存在する場合は、それらの端末の通信状況を検出することができず、端末Ａ自身のデータ送信時に他の端末の通信と衝突してしまう場合（いわゆる隠れ端末問題）が発生する。無線ＬＡＮでは、ＲＴＳ／ＣＴＳ（Request To Send / Clear To Send ）という方式を用いて、この通信の衝突を回避する手段を持っている。この方式は、特定の端末に対して通信したい場合には有効であるが、同報通信の場合には適用できないため、上記のパケット通信の衝突を回避することはできないという問題がある。
【０００６】
そこで、上記問題を解決するために、フレームをｎスロットに時分割してアクセスする方法が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載された無線端末装置は、フレーム単位でスロットの占有情報を監視し、自端末の送信データに加えて、スロットの占有情報を送信パケットに埋め込むことで他の端末と情報を交換する。上記フレームは例えば１００ｍｓで構成され、各スロットは各々異なる端末によって占有される。
【０００７】
また、いわゆる隠れ端末の問題に対して、特許文献１の技術は、スロットの様々な占有状態を示すフレーム情報をパケットに埋め込み、パケットの受信状況とパケットのフレーム情報とに基づいて、隠れ端末の存在を考慮してパケットの衝突を回避している。しかし、特許文献１の技術は、パケットにフレーム情報が存在することを前提としたものであるので、１パケット内に占める送信対象のデータを多くすることができない。
【０００８】
また、隠れ端末問題を回避する方法の１つとして、ＭＡＣＡ（Multiple Access Collision Avoidance）方式が提案されている。しかし、ＭＡＣＡ方式を利用した場合、必要以上に近隣の端末の通信を止めてしまう問題がある。
【０００９】
そこで、特許文献２には、必要以上に近隣の端末の通信を止めてしまうことのない無線通信システムが開示されている。特許文献２の無線通信システムでは、送信元端末及び送信先端末以外の端末は、通信要求パケットを受信した際には無線信号の送信を一時的に停止すると共に、通信許可パケットを受信した際には無線信号の送信を一時的に停止する。
【特許文献１】特開２００７−２８５５０号公報
【特許文献２】特開２００８−８５５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２の無線通信システムにおいて、送信元端末及び送信先端末以外の端末は、多数の通信要求パケット又は通信許可パケットを受信した際には、無線信号の送信を何度も停止しなければならず、その結果、自身の送信すべきパケットを送信できなくなる。この結果、各端末に公平な送信機会が与えられず、システムが機能しなくなる問題がある。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、いわゆる隠れ端末の問題を回避しつつも各端末にデータパケットの送信機会を保証することができる通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る通信装置は、基本周期内のデータパケットの送信禁止期間を設定する送信禁止期間設定手段と、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できるかを判定する送信判定手段と、現在のタイミングが送信禁止期間であるかを判定する送信禁止期間判定手段と、現在のタイミングでキャリアが検出されたかを判定するキャリア検出判定手段と、前記送信判定手段によりデータパケットを送信できると判定された場合は、前記送信禁止期間判定手段及び前記キャリア検出判定手段でそれぞれ所定の判定結果が得られたときに、または、前記送信判定手段によりデータパケットを送信できないと判定された場合は、前記キャリア検出判定手段で所定の判定結果が得られたときに、データパケットを周期的に送信するデータパケット送信手段と、を備えている。
【００１３】
基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できない場合に、そのままデータパケットの送信を停止すると、データパケットの送信機会がなくなり、他の端末と全く通信できなくなる。
【００１４】
そこで、上記発明は、データパケットを送信できないと判定された場合は、キャリア検出判定手段で所定の判定結果が得られたときに、データパケットを周期的に送信する。これにより、上記発明は、パケット衝突が発生する可能性があってもデータパケットを送信することにより、すべての端末に対してデータパケットを送信できなくても、自端末から比較的近い範囲の端末には送信することができる。
【００１５】
ここで、送信判定手段は、基本周期に対する送信禁止期間又は送信期間以外の時間の割合と、所定の閾値と、の比較結果に基づいて、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できるかを判定してもよい。
【００１６】
また、送信判定手段は、データパケットに対する他端末からの返信パケットが基本周期内で受信された受信回数に基づいて、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できるかを判定してもよい。
【００１７】
さらに、データパケット送信手段は、送信判定手段によりデータパケットを送信できると判定された場合は、送信禁止期間判定手段により現在のタイミングが送信禁止期間でないと判定され、かつ、キャリア検出判定手段により現在のタイミングでキャリアが検出されていないと判定されたときに、データパケットを送信してもよい。
【００１８】
また、データパケット送信手段は、送信判定手段によりデータパケットを送信できないと判定された場合は、キャリア検出手段により現在のタイミングでキャリアが検出されていないと判定されたときに、データパケットを送信してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る通信装置によれば、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できないと判定された場合であっても、キャリア検出判定手段で所定の判定結果が得られたときにデータパケットを周期的に送信することにより、データパケットが送信できなくなるのを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信ネットワークの通信装置の構成を示すブロック図である。無線通信ネットワークは、各通信装置が各々パケットをブロードキャストすることによって、動的に構成される。ここで、基本周期は複数のスロットに分割され、各通信装置はいずれかのスロットを占有してデータパケットを送信する。以下、必要に応じて、説明の対象となる通信装置を自端末といい、自端末の周辺にある通信装置を周辺端末又は他端末という。
【００２２】
通信装置は、受信アンテナ１１を介して他の無線端末装置が送信したパケットを受信する受信回路１２と、受信したパケットを検出し、どのスロット（どのタイミング）で送信されてきたのかを検出するパケット検出部１３と、検出されたパケットから送信されてきたデータを復調して受信情報を生成するパケット復調部１４と、検出されたパケットのタイミング情報に基づいて送信禁止期間を設定する送信禁止期間設定部１５と、を備えている。
【００２３】
更に、通信装置は、送信情報に基づいてパケットを生成するパケット生成部１６と、復調されたパケットに基づいて返信パケットを生成する返信パケット生成部１７と、送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１８と、生成されたパケットを、アンテナ２０を介して送信する送信回路１９と、全体の動作を制御する制御回路３０と、を備えている。
【００２４】
なお、返信パケット生成部１７は、パケット復調部１４で復調されたパケットに基づいて、パケットが正常に検出されたかを判定し、正常に検出された場合のみ、パケットが正常に検出されたことを示す返信パケットを生成する。このように、本実施形態では、返信パケット生成部１７で生成される返信パケットは１種類である。
【００２５】
送信タイミング制御部１８は、送信回路１９に対して、パケット生成部１６で生成されたデータパケット、返信パケット生成部１７で生成された返信パケットのそれぞれの送信タイミングを制御する。特に返信パケットについては、送信タイミング制御部１８は、データパケットの受信が完了してから所定期間後に必ず送信するように送信回路１９を制御する。なお、上記所定時間は各端末共通である。したがって、多数の端末が周辺に密集している場合、各端末からの返信パケットは衝突する。これは、詳しくは後述するが、返信パケットをわざと衝突させて、隠れ端末を検出すること等に利用される。
【００２６】
図２は、ｎ個の通信装置によって送受信される基本周期の構成を示す図である。データパケットと返信パケットで１つの送受信の組み合わせを示している。つまり、本実施形態では、パケットは２種類だけである。また、１基本周期は例えば１００ｍｓｅｃに設定され、ｎ個のスロットが存在している。
【００２７】
図３は、本通信装置の状態遷移図である。通信装置は、「受信待機状態」、「データパケット送信処理」、「自端末のデータに対する返信パケット受信処理」、「信号受信処理」、「返信パケット送信処理」の各々の状態を遷移する。
【００２８】
具体的には、通信装置は、受信待機状態において、受信信号がなくかつ送信すべきデータがある場合はデータパケット送信処理に移行し、受信信号を検出した場合は信号受信処理に移行する。
【００２９】
通信装置は、データパケット送信処理において、データパケットを送信できないときは受信待機状態に移行し、データパケット送信処理が完了したときは自端末のデータに対する返信パケット受信処理に移行する。そして、通信装置は、自端末のデータに対する返信パケット受信処理において、当該処理が完了したとき又は所定期間が経過したときは、受信待機状態に移行する。
【００３０】
一方、通信装置は、信号受信処理において、当該処理が完了したときは受信待機状態に移行し、当該処理が完了しかつ返信パケットの送信が必要であるときは返信パケット送信処理に移行する。そして、通信装置は、返信パケット送信処理において、当該処理が完了したときは、受信待機状態に移行する。以下では、データパケット送信処理、自端末のデータパケット送信処理、信号受信処理、返信パケット送信処理についてそれぞれ説明する。
【００３１】
（データパケット送信処理）
通信装置は、受信待機状態において、受信信号がなくかつ送信すべきデータがある場合はデータパケット送信処理に移行し、次の処理を実行する。
【００３２】
図４は、「データパケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１では、送信タイミング制御部１８は、次の基本周期内の送信禁止期間以外の時間（すきま時間）でデータパケットを送信できるかを判定する。
【００３３】
図５は、基本送信周期Ｔcycleと送信禁止期間（NAV period）及びすきま時間との関係を示す図である。同図に示すように、送信禁止期間の設定数が多くなるに従ってすきま時間が短くなり、すきま時間が短すぎるとデータパケットを送信できない場合がある。
【００３４】
そこで、送信タイミング制御部１８は、すきま時間でデータパケットを送信できるかを判定すべく、次の基本周期までの時間内に対する送信禁止期間設定割合（ＴNAV／Ｔcycle）が所定の閾値α未満であるかを判定する。なお、ＴNAVは、基本送信周期Ｔcycle内の送信禁止期間（NAV period）の総時間である。そして、肯定判定の場合（ＴNAV／Ｔcycle＜α）は、送信禁止期間とキャリアセンスの両方によりデータパケットの送信を決定すべく、ステップＳ２に移行する。否定判定の場合（ＴNAV／Ｔcycle≧α）は、キャリアセンスのみでデータパケットの送信を決定すべく、ステップＳ３に移行する。
【００３５】
ステップＳ２では、送信タイミング制御部１８は、現在のタイミングが送信禁止期間設定部１５で設定された送信禁止期間であるかを判定し、肯定判定のときは「送信すべきデータあり」の状態のままで受信待機状態へ移行し、否定判定のときはステップＳ３へ移行する。
【００３６】
ステップＳ３では、送信タイミング制御部１８は、受信回路１２又はパケット検出部１３の検出結果に基づいて各スロットの受信感度を測定して、現在のタイミングでキャリアが検出されたか否かを判定し、肯定判定のときは「送信すべきデータあり」の状態のままで受信待機状態へ移行し、否定判定のときはステップＳ４へ移行する。
【００３７】
ステップＳ４では、送信タイミング制御部１８は、パケット生成部で生成されたデータパケットを送信するように送信回路１９を制御して、本ルーチンを終了する。これにより、データパケットがアンテナ２０を介して各端末に送信される。そして、自端末のデータに対する返信パケット受信処理へ移行する。
【００３８】
なお、送信禁止期間でなく（ステップＳ１の否定判定）かつキャリア未検出（ステップＳ２の否定判定）の条件が満たされない場合、「送信すべきデータあり」があるが、「受信待機状態」と「データパケット送信処理」の間を行き来することになる。この場合、次のデータパケットを送信すべき時刻になると、以前の送信すべきデータを破棄し、新しいデータを送信するための処理が行われる。
【００３９】
このように、送信タイミング制御部１８は、基本周期の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できないと判定された場合（ステップＳ１の否定判定）は、通常のＣＳＭＡ／ＣＡの動作と同様にして、現在のタイミングでキャリアが検出されていない場合にはデータパケットを送信する（ステップＳ３及びＳ４）。
【００４０】
このため、隠れ端末とのパケット衝突が発生する可能性があるが、自端末がキャリアを検出できる範囲内の端末とのパケットの衝突を回避してデータパケットが送信されるので、データパケットが全く送信できなくなるのを回避できる。
【００４１】
すなわち、上記通信装置は、隠れ端末との間でパケット衝突が発生する可能性があるものの、自端末から比較的近い範囲に存在する端末には強い電力のデータパケットを送信することができる。よって、安全装置向けのアプリケーションを想定した場合、例え通信トラヒックが高い場合にパケット衝突が発生して全ての端末への通信が成功しなくても、自端末と近い端末とは通信できるという利点がある。
【００４２】
なお、ステップＳ１において、送信タイミング制御部１８は、基本周期のすきま時間でデータパケットを送信できるかを判定するために、（ＴNAV／Ｔcycle）とαとを比較したが、これに限定されるものではない。
【００４３】
例えば、送信タイミング制御部１８は、データパケットに対する他端末からの返信パケットが基本周期内で受信された回数をカウントし、このカウント値が所定の閾値を超えた場合は基本周期のすきま時間でデータパケットを送信できないと判定し、このカウント値が所定の閾値を超えない場合は基本周期のすきま時間でデータパケットを送信できると判定してもよい。
【００４４】
（返信パケット受信処理）
図６は、「自端末のデータに対する返信パケット受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１１では、送信タイミング制御部１８は、上述したステップＳ３におけるデータパケット送信後から所定期間経過したかを判定し、肯定判定のときは本ルーチンを終了して受信待機状態へ移行し、否定判定のときはステップＳ２２へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１２では、パケット受信部１３は、自端末のデータに対する返信パケットを全ての周辺端末から受信したかを判定し、肯定判定のときはステップＳ１３へ移行し、否定判定のときはステップＳ１１へ戻る。なお、返信パケットは、自端末のデータパケットの送信後の所定の期間以内に受信されたものであるときは自端末に対する返信パケットとみなされ、それ以外の期間に受信されたものであるときは隠れ端末に対する返信パケットとみなされる。
【００４６】
ステップＳ１３では、送信禁止期間設定部１５は、次回の送信タイミングを予約すべく、送信禁止期間を設定する。
【００４７】
図７は、送信禁止期間を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、自端末がデータパケットを送信した後、そのデータパケットに対してすべての周辺端末が返信パケットを送信している。
【００４８】
このとき、送信禁止期間設定部１５は、全ての周辺端末から自端末のデータパケットに対する返信パケットを受信すると、自端末のデータパケットの送信タイミングから１００ｍｓｅｃ後を自端末の次の送信予定タイミングとして決定し、現在のタイミングから次の送信予定タイミング前までの期間を、送信禁止期間として設定し、本ルーチンを終了する。これにより、自端末の次の送信予定タイミングが予約されたことになる。そして、受信待機状態へ移行する。
【００４９】
（信号受信処理）
また、通信装置は、「受信待機状態」において、受信信号を検出した場合は「信号受信処理」に移行し、次の処理を実行する。
【００５０】
図８は、「信号受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ２１では、図１に示す受信回路１２が他の端末（周辺端末）のパケットを受信し、パケット検出部１３がそのパケットを検出して、ステップＳ２２に進む。
【００５１】
ステップＳ２２では、送信禁止期間設定部１５は、パケット検出部１３で検出されたパケットの種別を判定し、データパケットであるときはステップＳ２３に進み、返信パケットであるときはステップＳ２４に進む。
【００５２】
ステップＳ２３では、送信禁止期間設定部１５は、所定の期間待機して本ルーチンを終了し、返信パケット送信処理へ移行する。
【００５３】
また、ステップＳ２４では、自端末のデータパケットに対する返信ではない返信パケットが検出された状態になっているため、隠れ端末が存在することが分かる。そこで、送信禁止期間設定部１５は、次のように送信禁止期間を設定する。
【００５４】
図９は、送信禁止期間を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、隠れ端末（周辺端末では検出されるが自端末では検出されない端末）の送信パケットは、基本送信周期（例えば１００ｍｓｅｃ）毎に送信されるが、自端末では検出されていない。また、周辺端末の返信パケットは自端末では検出されるものとする。
【００５５】
送信禁止期間設定部１５は、返信パケットが検出されると、返信パケットの検出タイミングから１００ｍｓｅｃ後を、次の返信パケットの受信タイミングと予測し、その予測したタイミングから所定期間前の時間までを、送信禁止期間として設定する。
【００５６】
上記の返信パケットは、隠れ端末が送信したデータパケットを受けて周辺端末が送信したものである可能性がある。そこで、送信禁止期間設定部１５は、返信パケットの検出タイミングに基づいて、隠れ端末が次のデータパケットを送信する可能性がある期間を送信禁止期間として設定する。そして、送信禁止期間の設定後、本ルーチンを終了して受信待機状態へ移行する。
【００５７】
（返信パケット送信処理）
図１０は、「返信パケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ３１では、送信タイミング制御部１８は、データパケットの受信が完了してから所定期間後に返信パケットを送信するように送信回路１９を制御して、ステップＳ３２に進む。これにより、データパケットが正常に受信されたときは、受信完了から所定期間経過後に必ず返信パケットが送信される。
【００５８】
ステップＳ３２では、送信禁止期間設定部１５は、他端末の次回の送信予定のタイミングで自端末が送信しないように、送信禁止期間を設定する。
【００５９】
図１１は、送信禁止期間を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、他端末の次回の送信予定のタイミングで自端末が送信しないようにすべく、送信禁止期間設定部１５は、次回送信タイミングと予想される期間を送信禁止期間として設定する。具体的には、送信禁止期間設定部１５は、自端末が返信パケットを送信した後から１００ｍｓｅｃ（基本送信周期）後を終期、その終期から所定時間前までを始期とした送信禁止期間を設定する。これにより、他端末の次の送信タイミングが送信禁止期間内に含まれ、他端末の次の送信タイミングに自端末がデータパケットを送信するのを防止することができる。そして、送信禁止期間の設定が終了すると、本ルーチンを終了して受信待機状態へ移行する。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る通信装置は、基本周期内の送信禁止期間以外の時間でデータパケットを送信できない場合には、送信禁止期間を無視して、現在のタイミングでキャリアが未検出であればデータパケットを強制的に送信する。
【００６１】
これにより、上記通信装置は、パケットの衝突によってすべての端末と通信を行うことはできなくても、自端末から近い範囲内にある端末との間で通信を行うことができるので、他の端末と同様に公平な送信機会が与えられる。この結果、データの送信ができなってシステムが破綻することを回避することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークの通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】通信装置によって送受信される基本送信周期の構成を示す図である。
【図３】通信装置の状態遷移図である。
【図４】「データパケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】「自端末のデータに対する返信パケット受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】送信禁止期間を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】「信号受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】送信禁止期間を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】「返信パケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】送信禁止期間を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】送信禁止期間を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１２  受信回路
１３  パケット検出部
１４  パケット復調部
１５  送信禁止期間設定部
１６  パケット生成部
１７  返信パケット生成部
１８  送信タイミング制御部
１９  送信回路
【図１】
2010050882.tif 000003
【図２】
2010050882.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010050882.tif 000008
【図７】
2010050882.tif 000009
【図８】
2010050882.tif 000010
【図９】
2010050882.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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